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Multimateriell ins All

Fraunhofer-Forscher pushen 3D-Druck für Raketenantriebe

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Erstmals fehlerfreie Übergänge zwischen Nickel und Titan

Doch Flexibilität allein reiche nicht, wenn die Übergänge zwischen Werkstoffen zum kritischen Fehlerpotenzial würden. Deshalb haben die Forscher in einem anderen Projekt zusammen mit der KU Leuven aus Belgien untersucht, wie sich Titan- und Nickellegierungen per Multimaterial-Laserstrahlschmelzen sauber verbinden lassen. Erste Tests – ohne Zwischenschicht – zeigten allerdings zum Teil defekte Übergänge und spröden Phasen, die sich gebildet haben. Mithilfe von Simulationen und Labortests gelang es aber, mit einer dünnen Zwischenschicht aus Molybdän den direkten Kontakt zwischen der Titan- und Nickellegierung zu verhindern und auf Labormaßstab eine stoffschlüssige Verbindung herzustellen, freuen sich die Augsburger. Diese Ergebnisse legten erstmals eine Basis für passgenaue Materialübergänge durch Zwischenschichten, was als ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu leichten, funktionsintegrierten Bauteilen gilt.

Jetzt geht es darum, das ganze wirtschaftlich zu machen ...

Damit sich die Vorteile der Multimaterialfertigung aber letztlich auch wirtschaftlich und ökologisch auszahlen, widmen sich das Team um den Wissenschaftler Constantin Jugert außerdem der Aufbereitung und Qualitätssicherung des Metallpulvers. Ein magnetisches Trennsystem sorgt dabei dafür, dass das bereits während dem Druck vermischte Pulver automatisch separiert und wiederverwendet werden kann – das senkt Materialkosten und Emissionen, heißt es dazu. Perspektivisch könne dazu ein Echtzeitmonitoring entwickelt werden, in dem Thermografie und Sensorik jede Schmelzschicht live überwachen und im Closed Loop automatisch die Prozessparameter nachsteuern. Das sei nicht zuletzt ein künftig wichtiges Forschungsfeld, um konstant hohe Bauteilqualität zu sichern und die Basis für skalierbare Druckabläufe in der Serienfertigung dieser Raketenteile zu schaffen.

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Mehr zum geförderten Rakententriebwerks-Projekt

An den mit rund 38 Millionen Euro geförderten Projekten «Enlighten» und «Enlighten-ED» wirken bis Anfang 2027 mehr als ein Dutzend Forschungseinrichtungen und Industriepartner mit. Die ArianeGroup steuert als Industriepartner die Anforderungen realer Raumfahrtanwendungen bei und bereitet die Integration in zukünftige Trägerraketen vor. »Wir wollen nicht nur zeigen, wie Multimaterial-3D-Druck heute funktioniert – mit Enlighten legen wir die Basis für eine nachhaltige, flexible Serienfertigung von Raketen, die Europa langfristig unabhängiger macht«, so Constantin Jugert.

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